抗体医薬基礎知識・培養

CHO細胞フェドバッチのフィード設計：添加のタイミングと浸透圧の見立て

Proglenth 編集部2026-07-05約9分で読めます

フェドバッチ（流加）培養は、抗体生産で最も広く使われている培養様式です。基礎培地で立ち上げたあと、消耗していく栄養を濃縮したフィードで追い足し、培養後半まで生産を引っ張ります。ここでの設計の勘どころは、「何を入れるか」だけでなく「いつ・どれだけ入れるか」にあります。

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フィードの与え方には、まとまった量を一度に加えるボーラス添加と、少しずつ流し続ける連続添加があります。同じ組成のフィードでも、この与え方の違いが浸透圧や代謝副産物の推移を変え、結果として力価や品質に効いてきます。とくに浸透圧は、上げると比生産性が伸びる場面がある一方、上げすぎれば細胞の増殖が止まる、という相反を抱えた変数です。

本稿では、フィードの添加タイミングとその量、ボーラスと連続の違い、グルコース濃度に連動させる考え方、そして浸透圧の上限と比増殖速度の低下というトレードオフを整理します。数値は細胞株や培地で変わるため、範囲と条件依存として扱います。

フィードをいつ入れるか：立ち上げ後の枯渇に合わせる

フェドバッチのフィードは、基礎培地の栄養が枯れ始めるタイミングから開始します。接種直後は基礎培地でまかなえるため、フィードは不要です。増殖が進んで生細胞密度が上がると消費が加速し、糖やアミノ酸が目に見えて減り始めます。この枯渇に合わせてフィードを立ち上げるのが基本です。

多くのプロセスでは、接種から数日後にフィードを開始し、そこから培養終盤まで継続します。開始が早すぎると栄養が余って代謝副産物に流れやすく、遅すぎると後半で失速します。フィードの開始点は、力価と副産物の両方をにらんで決める判断点になります。

グルコースを例にとると、培養液中の濃度をおおむね 3〜4 g/L 程度に保つよう運用する報告が知られています。基礎培地の糖が消費されて 3 g/L 付近まで下がったところでフィードを入れる、という連動のさせ方です。 フィードの開始と量は、栄養の枯渇曲線に合わせて決めるのが出発点 です。

POINT

フィードは「早く濃く」ではなく「枯れる分を補う」設計が基本です。過剰添加は栄養を副産物へ流し、不足は後半の失速を招きます。

ボーラス添加と連続添加：浸透圧の振れ方が違う

同じ量のフィードでも、与え方で挙動が変わります。

ボーラス添加：1日に一度など、まとまった量を一気に加えます。操作が簡単で、多くのラボスケールで採用されています。ただし添加直後に栄養濃度と浸透圧が急に跳ね上がり、その後消費で下がる、という上下動を繰り返します。
連続添加：ポンプで少しずつ流し続けます。栄養濃度と浸透圧の振れ幅が小さく、細胞がさらされる環境がなだらかになります。設備と制御の手間は増えます。

CHO細胞のフェドバッチで両者を比べた研究では、連続添加はボーラス添加より浸透圧を低く抑えられ、培養後半の乳酸とアンモニウムイオンの蓄積が大きく減ったと報告されています。同じ研究では、乳酸で約45%、アンモニウムイオンで約80%程度の低減が示されています。ボーラスで栄養を一気に入れると、その瞬間だけ濃度が過剰になり、余った糖が乳酸へ流れやすくなる、という説明とも整合します。

代謝副産物の詳しい振る舞いは乳酸の代謝シフトの側で扱いますが、フィードの与え方はこのシフトの起こりやすさにも関わります。 ボーラスと連続の選択は、浸透圧と副産物の振れ幅をどこまで抑えたいかで決まります 。

グルコースに連動させる：与えすぎを避ける

フィード設計で扱いにくいのがグルコースです。潤沢に与えれば増殖は伸びますが、余った糖は解糖系で乳酸へ流れ、pHと浸透圧を乱します。逆に絞りすぎれば、後半でエネルギー源が足りず失速します。

そこで、グルコース濃度を測りながらフィード量を調整する連動型の運用が使われます。培養液中のグルコースを低めの一定水準に保つよう追い足すと、糖が乳酸へ流れる量を抑えられます。低グルコース・低グルタミン条件では、細胞の代謝が乳酸を「作る」側から「使う」側へ切り替わることが報告されており、この切り替えが起きた培養のほうが力価が高い傾向も示されています。

ただし、絞りすぎは危険と背中合わせです。グルコースを枯渇近くまで下げる運用は、測定や制御の遅れがあると一気に飢餓へ振れます。オンラインのグルコース計測や、あらかじめ消費速度を見込んだ供給プロファイルなど、外れたときに戻せる仕組みとセットで組むのが実務的です。

与え方	浸透圧の振れ	乳酸・アンモニアの傾向	運用の手間
ボーラス添加	添加直後に急上昇	過剰添加時に増えやすい	少ない
連続添加	なだらか	抑えやすい	多い
グルコース連動	目標設定に依存	低めに保てば抑えやすい	計測・制御が必要

浸透圧の上限と比増殖速度のトレードオフ

フィード設計で外せないのが浸透圧です。基礎培地の浸透圧はおおむね 300 mOsm/kg 前後で、CHO細胞のフェドバッチでは 300〜350 mOsm/kg 程度で運用されることが多いとされます。濃縮したフィードを足していくと浸透圧は上がっていき、後半には 400 mOsm/kg を超える場面も出てきます。

ここに相反があります。適度な高浸透圧、たとえば 350〜450 mOsm/kg 程度の範囲では、CHO細胞の比生産性（細胞あたりの生産速度）が1.5〜3倍ほど高まる例が報告されています。細胞一つあたりはよく作るようになるわけです。一方で同じ高浸透圧は、最大比増殖速度を大きく下げます。研究によっては、検討した範囲の浸透圧変化で最大増殖速度が半分程度まで落ちたとするものもあります。さらに高い浸透圧、たとえば 500 mOsm/kg を超える水準では、細胞は増殖を止め、体積を大きく膨らませることが観察されています。

つまり、浸透圧を上げると「一つあたりの生産性」は伸びるが「細胞の数の伸び」は鈍る、という綱引きになります。力価は細胞数と比生産性の積で決まるため、どちらに寄せるのが全体で得かは細胞株と培養プロファイルで変わります。高浸透圧は糖鎖のパターンにも影響することが知られており、高マンノース型の割合が増えるといった報告もあります。品質面の制約も同時に見る必要があります。

POINT

浸透圧はおよそ 400 mOsm/kg 級から先が難所です。比生産性の上乗せと増殖・品質の低下が綱引きするため、上限は力価だけでなく糖鎖と生存率も見て決めます。

この綱引きをどう解くかは、フィードの組成・タイミングと切り離せません。フィードを濃くして少量で足せば浸透圧の上がり方は変わりますし、連続添加でならせば同じ総量でもピークを抑えられます。設計で得た条件は、培地・フィードのDoE設計の枠組みで力価・品質・代謝を同時に見ながら詰めていくのが現実的です。そして小スケールで決めた添加プロファイルは、酸素供給や混合の違うタンクでそのまま最適とは限らないため、本培養の条件と一体で再確認します。

まとめ

フェドバッチのフィード設計は、「いつ・どれだけ・どう入れるか」の三点に集約されます。開始は栄養の枯渇に合わせ、量は補う分に留め、与え方はボーラスか連続かで浸透圧と副産物の振れ幅を選びます。グルコースは連動させて与えすぎを避け、乳酸へ流れる量を抑えます。

浸透圧は、比生産性を押し上げる一方で比増殖速度と品質を下げる、相反を抱えた変数です。おおむね 400 mOsm/kg 級から先はトレードオフが強まり、上限は力価・糖鎖・生存率をあわせて見て決めるのが妥当です。数値はいずれも細胞株と培地で動くため、自社の系での実測を前提に、範囲として扱うことをおすすめします。